本实用新型属于半导体制造领域，特别是涉及一种半导体存储器及其制造方法。
背景技术：
现有的一种半导体存储器的制造方法如图1～图4所示。
首先，如图1所示，提供一半导体结构，包括：一半导体衬底101，所述半导体衬底内形成有字线122，所述半导体衬底上设置有位线隔离线105、电容触点104以及对准在所述字线且位于所述位线隔离线105与所述电容触点104之间的字线隔离线102，所述位线隔离线105覆盖在所述半导体衬底上的位线金属103，所述电容触点104与所述半导体衬底101之间包含有第一连接结构，所述第一连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底101上方的多晶硅层123、导电层124以及金属粘附层125，所述位线金属103与所述半导体衬底101之间包含有第二连接结构，所述第二连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底101上方的多晶硅层123 以及金属粘附层125，所述字线122包含栅极120以及栅电容牺牲层121，所述栅电容牺牲层 121的两侧为有源区126，另外，所述半导体衬底中还形成有沟道隔离结构(STI)106，所述沟道隔离结构(STI)106上具有氮化硅隔层127。
然后，如图2所示，于所述半导体结构表面形成电容支撑底层107及电容牺牲层108；
接着，如图3所示，基于光刻工艺及刻蚀工艺于所述电容牺牲层108及电容支撑底层107 中形成电容孔109及111，其中，所述电容孔包括未与所述电容触点对准的第一电容孔109，以及与所述电容触点对准的第二电容孔111。
随着线宽的不断缩小，光刻工艺及刻蚀工艺可能会存在对准困难的问题，导致所述电容孔不能完全于所述电容触点，或者，由于所述电容孔具有非常高的深宽比，在刻蚀的过程中，也可能会存在偏移的风险，而显露出下方的所述字线隔离线102，在制作电容孔的过程中，所述字线隔离线102顶部的绝缘层较容易被去除而露出所述位线金属103，如图3及图4所示的电容孔109。
所述字线隔离线102顶部的绝缘层被去除而露出所述位线金属103，会造成以下问题：
第一，所述位线金属103露出，容易对位线金属103造成破坏；
第二，由于所述字线隔离线102顶部的绝缘层被去除形成一凹槽110，在制作电容器的过程中，电容器的金属电极会填充于该凹槽110中，而造成所述位线金属103及电容触点104 之间短路，导致器件严重的漏电或直接失效。
基于以上所述，提供一种可以有效防止位线金属及电容触点之间的字线隔离线顶部的绝缘层被去除而导致位线金属损坏，以及导致位线金属及电容触点之间短路的半导体存储器及其制造方法实属必要。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体存储器及其制造方法，用于解决现有技术中位线金属及电容触点之间字线隔离线顶部的绝缘层被去除而导致位线金属损坏，以及导致位线金属及电容触点之间短路的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，一种半导体存储器的制造方法，所述制造方法包括：1) 提供一半导体结构，包括：半导体衬底，其内形成有字线，所述半导体衬底上设置有位线隔离线、电容触点以及对准在所述字线且位于所述位线隔离线与所述电容触点之间的字线隔离线，所述位线隔离线覆盖在所述半导体衬底上的位线金属；2)去除所述字线隔离线的一上层部分，以形成凹槽，所述凹槽由所述电容触点的上表面形成的平面往内凹入并显露所述电容触点的侧边；3)于所述半导体结构上形成电容支撑底层，并同时于所述凹槽中填充保护衬垫； 4)于所述电容支撑底层上形成电容牺牲层；5)于所述电容牺牲层中形成与所述电容触点对应的电容孔，所述电容孔更贯穿所述电容支撑底层，以连通至所述电容触点；以及6)于所述电容孔中制作电容器，藉由所述保护衬垫的隔离，所述保护衬垫相对抗蚀于所述电容牺牲层且埋入式隔离在所述电容器的下电极和所述位线金属之间，使所述电容器的所述下电极不接触至在所述位线隔离线下的所述位线金属。
优选地，步骤5)中，采用光刻工艺及刻蚀工艺于所述电容牺牲层及所述电容支撑底层中刻蚀出所述电容孔，当在所述光刻工艺及刻蚀工艺中所述电容孔未完全与所述电容触点对准，所述保护衬垫显露于所述电容孔中，所述保护衬垫用以保护所述字线隔离线，并保持所述位线金属与所述电容触点之间绝缘。
优选地，步骤5)中，所述保护衬垫显露于所述电容孔中时，所述保护衬垫的上表面被刻蚀而呈U形包覆所述电容触点的侧边以及所述位线隔离线的侧边，所述U形内的空间用于填充所述电容器的下电极。
优选地，所述保护衬垫包含氮化硅衬垫。
优选地，所述电容支撑底层的厚度范围在20～40纳米(nm)之间，所述电容牺牲层的厚度范围在1000～1400纳米(nm)之间，所述电容孔的孔径范围在25～30纳米(nm)之间。
优选地，所述凹槽的深度不大于所述位线隔离线的厚度，以避免所述位线金属显露于所述凹槽中而造成损伤。
优选地，步骤2)中所述凹槽包含沟槽及槽孔所组成的群组中的一种或两种组合，所述位线金属呈波浪形延伸，所述电容触点呈六方阵列排布。
优选地，所述字线隔离线的材料包含二氧化硅，步骤2)中，采用干法刻蚀去除所述字线隔离线的一上层部分，所述干法刻蚀采用的气源包括反应气体及惰性气体，所述反应气体包括氯化硼(BCl3)、氯气(Cl2)、氟化碳(CF4)所组成的群组中的一种或多种，所述惰性气体包括氩气(Ar)，所述干法刻蚀选用的气压范围在10～20毫托(mTorr)之间。
优选地，所述电容牺牲层的中间和顶面分别还形成有电容支撑中间层和电容支撑顶层，步骤6)包括：6-1)于所述电容孔的底部及侧壁形成下电极，且所述下电极与所述电容触点的上表面连接，所述下电极更下沉延伸到所述电容触点的侧边及所述保护衬垫的表面；6-2) 去除所述电容牺牲层，以显露所述下电极的外表面；6-3)于所述下电极的内表面及外表面形成电容介质；6-4)于所述电容介质表面形成上电极；以及6-5)于所述上电极的上表面形成导电层，以引出所述上电极。
本实用新型还提供一种半导体存储器，包括：半导体结构，包括：半导体衬底，其内形成有字线，所述半导体衬底上设置有位线隔离线、电容触点以及对准在所述字线且位于所述位线隔离线与所述电容触点之间的字线隔离线，所述位线隔离线覆盖在所述半导体衬底上的位线金属，由所述字线隔离线的一上层部分去除而成凹槽；电容支撑底层，形成于所述半导体结构表面，与所述电容支撑底层相同材料的保护衬垫填充于所述凹槽中；以及电容器，制作于所述电容触点上，所述电容器包括下电极、电容介质及上电极，所述电容支撑底层具有电容贯穿孔，所述下电极经由所述电容贯穿孔连接到所述电容触点的上表面；藉由所述保护衬垫的隔离，所述保护衬垫埋入式隔离在所述电容器的下电极和所述位线金属之间，所述电容器的下电极不接触至在所述位线隔离线下的所述位线金属。
优选地，所述电容贯穿孔未完全与所述电容触点对准，所述保护衬垫显露于所述电容贯穿孔中，所述保护衬垫用以保护所述字线隔离线，并保持所述位线金属与所述电容触点之间绝缘。
优选地，所述保护衬垫显露于所述电容贯穿孔中，所述保护衬垫的上表面呈U形包覆所述电容触点的侧边以及所述位线隔离线的侧边，所述U形内的空间填充所述电容器的所述下电极。
优选地，所述保护衬垫包含氮化硅衬垫。
优选地，所述电容支撑底层的厚度范围在20～40纳米(nm)之间，所述电容贯穿孔的贯穿孔径范围在25～30纳米(nm)之间。
优选地，所述凹槽的深度不大于所述位线隔离线的厚度，以避免所述位线金属显露于所述凹槽中而造成损伤。
优选地，所述下电极更下沉延伸到所述电容触点的侧边及所述保护衬垫的表面。
如上所述，本实用新型的半导体存储器及其制造方法，具有以下有益效果：
本实用新型通过在电容孔刻蚀前，在隔离位线金属及电容触点的字线隔离线顶部制作凹槽，并在该凹槽中形成保护衬垫，以保护字线隔离线中的绝缘材料。第一，本实用新型可以避免所述位线金属露出而导致位线金属损坏；第二，本实用新型可以避免在制作电容器的过程中，电容器的金属电极的填充而造成所述位线金属及电容触点之间短路的缺陷，保证存储器的良率，并提高存储器的性能。
附图说明
图1～图4显示为现有技术中半导体存储器的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。
图5～图13显示为本实用新型的半导体存储器的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101、201 半导体衬底
102、202 字线隔离线
103、203 位线金属
104、204 电容触点
105、205 位线隔离线
106、206 沟道隔离结构(STI)
107、207 电容支撑底层
108、208 电容牺牲层
109、209 第一电容孔
110 凹槽
111、211 第二电容孔
20 电容孔
120、220 栅极
121、221 栅介质层
122、222 字线
123、223 多晶硅层
124、224 导电层
125、225 金属粘附层
126、226 有源区
127、227 氮化硅隔层
212 凹槽
213 保护衬垫
214 下电极
215 电容介质
216 上电极
217 导电层
301 电容支撑中间层
302 电容支撑顶层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图5～图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图5～图13所示，本实施例提供一种半导体存储器的制造方法，所述制造方法包括：
如图5所示，首先进行步骤1)，提供一半导体结构，包括：一半导体衬底201，所述半导体衬底201内形成有字线222，所述半导体衬底上设置有位线隔离线205、电容触点204以及对准在所述字线且位于所述位线隔离线205与所述电容触点204之间的字线隔离线202，所述位线隔离线205覆盖在所述半导体衬底上的位线金属203，所述电容触点204与所述半导体衬底201之间包含有第一连接结构，所述第一连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底 201上方的多晶硅层223、导电层224以及金属粘附层225，所述位线金属203与所述半导体衬底201之间包含有第二连接结构，所述第二连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底201 上方的多晶硅层223以及金属粘附层225，所述字线222包含栅极220以及栅介质层221，所述栅介质层221的两侧为有源区226，另外，所述半导体衬底中还形成有沟道隔离结构(STI) 206，所述沟道隔离结构(STI)206中填充的绝缘材料为二氧化硅，所述沟道隔离结构(STI) 206上具有氮化硅隔层227。
所述字线隔离线202的材料可以为二氧化硅，所述位线隔离线205的材料选用为氮化硅。
所述位线金属203呈波浪形延伸，以使所述电容触点204可以呈六方阵列排布，如图10 所示。
如图6所示，然后进行步骤2)，去除所述字线隔离线202的一上层部分，以形成凹槽 212，所述凹槽212由所述电容触点204的上表面形成的平面往内凹入并显露所述电容触点 204的侧边。
作为示例，采用干法刻蚀去除所述字线隔离线202的一上层部分，以形成凹槽212，所述凹槽212可以为沟槽也可以为槽孔，所述干法刻蚀采用的气源包括反应气体及惰性气体，所述反应气体包括氯化硼(BCl3)、氯气(Cl2)、氟化碳(CF4)所组成的群组中的一种或多种，所述惰性气体包括氩气(Ar)，所述干法刻蚀选用的气压范围包括10～20毫托(mTorr)。在本实施例中，所述干法刻蚀采用的气源为氟化碳(CF4)与氩气(Ar)的混合气体，所述干法刻蚀选用的气压为15毫托(mTorr)。
作为示例，所述凹槽212的深度选用为不大于所述位线金属203顶部的位线隔离线205 的厚度，以避免所述位线金属203显露于所述凹槽212中而造成损伤。
如图7所示，接着进行步骤3)，于所述半导体结构表面形成电容支撑底层207，并同时于所述凹槽212中填充保护衬垫213。
作为示例，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)于所述半导体衬底201表面形成电容支撑底层207，并同时于所述凹槽212中填充保护衬垫213，所述保护衬垫213为氮化硅衬垫，所述氮化硅衬底充满所述凹槽212，所述电容支撑底层207的厚度范围为20～40纳米 (nm)，例如，所述电容支撑底层207的厚度为30纳米(nm)。
如图8所示，接着进行步骤4)，于所述电容支撑底层207表面形成电容牺牲层208，所述电容牺牲层的中间和顶面分别还形成有电容支撑中间层301和电容支撑顶层302。
作为示例，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)于所述电容支撑底层207表面形成电容牺牲层208，所述电容牺牲层208的厚度范围介于1000～1400纳米(nm)之间，例如，所述电容牺牲层208的厚度为1200纳米(nm)，所述电容牺牲层208的材料包含二氧化硅。所述电容支撑中间层301和电容支撑顶层302包含氮化硅。
如图9及图10所示，接着进行步骤5)，于所述电容牺牲层208及所述电容支撑底层207 中形成与所述电容触点204对应的电容孔20，所述电容孔20更贯穿所述电容支撑底层207，以连通至所述电容触点204。
作为示例，采用光刻工艺及刻蚀工艺于所述电容牺牲层208及所述电容支撑底层207中刻蚀出所述电容孔20，当所述光刻工艺及刻蚀工艺中所述电容孔20未完全与所述电容触点 204对准，而导致所述保护衬垫213显露于所述电容孔20中时，如图9及图10所示，所述电容孔20可能会包括未与所述电容触点204对准的第一电容孔209，以及与所述电容触点204 对准的第二电容孔211，所述保护衬垫213用以保护所述第一电容孔209下方的字线隔离线 202中的绝缘层，并保持所述位线金属203与电容触点204之间绝缘。
如图9所示，所述保护衬垫213显露于所述第一电容孔209中时，所述保护衬垫213的上表面被刻蚀而呈U形包覆所述电容触点204的侧边以及所述位线隔离线的侧边，所述U形内的空间用于填充所述电容器的下电极214。
作为示例，所述电容孔20的宽度范围介于25～30纳米(nm)之间，例如为25纳米(nm)，当所述电容牺牲层的厚度为1200纳米(nm)时，所述电容孔20的深宽比大约为48:1，如此大的深宽比也可能会导致最终电容孔20的偏移，所述保护衬垫213同样可以保护这种偏移情况下的字线隔离线202中的绝缘层，并保持所述位线金属203与电容触点204之间绝缘。
如图11～图13所示，最后进行步骤6)，于所述电容孔20中制作电容器，所述保护衬垫 213相对抗蚀于所述电容牺牲层208且埋入式隔离在所述电容器的下电极214和所述位线金属203之间，使所述电容器的所述下电极214不接触至在所述位线隔离线205下的所述位线金属203。
作为示例，步骤6)包括：
步骤6-1)，于所述电容孔20的底部及侧壁形成下电极214，且所述下电极214与所述电容触点204且所述下电极214与所述电容触点204的上表面连接，所述下电极214更下沉延伸到所述电容触点204的侧边及所述保护衬垫213的表面，所述下电极214的材料可以为金属、金属氮化物、金属硅化物等。
需要说明的是，当所述电容器制作于显露有U形的保护衬垫213的第一电容孔209时，所述下电极214填充于所述U形内的空间，以提高所述下电极214的结合强度，提高电容器的机械强度。
步骤6-2)，去除所述电容牺牲层208，以显露所述下电极的外表面，保留所述电容支撑中间层301和电容支撑顶层302。
步骤6-3)于所述下电极214的内表面及外表面形成电容介质215，所述电容介质215可以为氧化锆(ZrOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钛锆(ZrTiOx)、氧化钌(RuOx)、氧化锑(SbOx)、氧化铝(AlOx)等。
步骤6-4)，于所述电容介质215表面形成上电极216，所述上电极216可以包括金属、金属氮化物、金属硅化物等材料。
步骤6-5)，于所述上电极的上表面形成导电层217，以引出所述上电极216，所述导电层包含氮化钛(TiN)。
本实用新型通过在电容孔20刻蚀前，在隔离位线金属203及电容触点204的字线隔离线 202顶部制作凹槽，并在该凹槽中形成保护衬垫213，以保护字线隔离线202的绝缘材料。第一，本实用新型可以避免所述位线金属203露出而导致位线金属203损坏；第二，本实用新型可以避免在制作电容器的过程中，电容器的金属电极的填充而造成所述位线金属203及电容触点204之间短路的缺陷，保证存储器的良率，并提高存储器的性能。
如图13所示，本实施例还提供一种半导体存储器，包括：半导体结构、凹槽212、保护衬垫213、电容支撑底层207、电容牺牲层208、电容贯穿孔以及电容器。
所述半导体结构，包括：半导体衬底201，所述半导体衬底内形成有字线222，所述半导体衬底上设置有位线隔离线205、电容触点204以及对准在所述字线且位于所述位线隔离线205与所述电容触点204之间的字线隔离线202，所述位线隔离线205覆盖在所述半导体衬底上的位线金属203，由所述字线隔离线202的一上层部分去除而成凹槽212，所述电容触点204与所述半导体衬底201之间包含有第一连接结构，所述第一连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底201上方的多晶硅层223、导电层224以及金属粘附层225，所述位线金属 203与所述半导体衬底201之间包含有第二连接结构，所述第二连接结构包括依次层叠于所述半导体衬底201上方的多晶硅层223以及金属粘附层225，所述字线222包含栅极220以及栅介质层221，所述栅介质层221的两侧为有源区226，另外，所述半导体衬底中还形成有沟道隔离结构(STI)206，所述沟道隔离结构(STI)206中填充的绝缘材料为二氧化硅，所述沟道隔离结构(STI)206上具有氮化硅隔层227。
所述字线隔离线202的材料选用为二氧化硅，所述位线隔离线205的材料选用为氮化硅。
所述位线金属203呈波浪形延伸，以使所述电容触点204可以呈六方阵列排布。
所述凹槽212为去除所述字线隔离线202的一上层部分而成。
所述凹槽212的深度选用为不大于所述位线金属203顶部的位线隔离线205的厚度，以避免在制作过程中，所述位线金属203显露于所述凹槽212中而造成损伤。
所述保护衬垫213填充于所述凹槽212中，所述保护衬垫213为氮化硅衬垫。所述保护衬垫213显露于所述电容贯穿孔(对应于第一电容孔209)中时，所述保护衬垫213的上表面呈U形包覆所述电容触点204的侧边以及所述位线隔离线205的侧边，所述U形内的空间用于填充所述电容器的下电极214。
所述电容支撑底层207形成于所述半导体结构表面，与所述电容支撑底层207相同材料的保护衬垫213填充于所述凹槽212中，所述电容支撑底层207的厚度范围介于20～40纳米 (nm)之间，例如，所述电容支撑底层207的厚度为30纳米(nm)。
所述电容牺牲层208形成于所述电容支撑底层207表面。所述电容牺牲层208的厚度范围介于1000～1400纳米(nm)之间，例如，所述电容牺牲层208的厚度为1200纳米(nm)，所述电容牺牲层208的材料为二氧化硅。
所述电容贯穿孔对应于所述电容触点204，形成于所述电容牺牲层208及所述电容支撑底层207中，若干所述电容贯穿孔偏离所述电容触点204，以显露所述保护衬垫，如图9所示的与第一电容孔209对应的电容贯穿孔。
在所述电容贯穿孔在未完全与所述电容触点204对准，而导致所述保护衬垫213显露于所述电容贯穿孔中时，可参阅图9及图10，所述电容孔20可能会包括未与所述电容触点204 对准的第一电容孔209，以及与所述电容触点204对准的第二电容孔211，所述保护衬垫213 用以保护所述第一电容孔209对应的电容贯穿孔下方的字线隔离线202中的绝缘层，并保持所述位线金属203与电容触点204之间绝缘。
所述电容贯穿孔贯穿于所述电容支撑底层207，其宽度范围介于25～30纳米(nm)之间，例如为25纳米(nm)。
所述电容器包含双面电容器，具体包括下电极214、电容介质215、上电极216以及导电层217。
所述下电极214包含U型结构，且所述下电极214由所述电容贯穿孔与所述电容触点204 连接，所述保护衬垫213埋入式隔离在所述电容器的下电极216和所述位线金属203之间，所述下电极214的材料可以为金属、金属氮化物、金属硅化物等。需要说明的是，当所述电容器制作于显露有U形的保护衬垫213的电容贯穿孔时，所述下电极214填充于所述U形内的空间，即所述下电极214更下沉延伸到所述电容触点204的侧边及所述保护衬垫213的表面，以提高所述下电极214的结合强度，提高电容器的机械强度。
所述电容介质215形成于所述下电极214的内表面及外表面，呈M型结构，所述电容介质215可以为氧化锆(ZrOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钛锆(ZrTiOx)、氧化钌(RuOx)、氧化锑(SbOx)、氧化铝(AlOx)等。
所述上电极216形成于所述电容介质215表面，呈M型结构，所述上电极216可以为金属、金属氮化物、金属硅化物等。
所述导电层217填充于所述电容孔20中，以引出所述上电极216，所述导电层包含氮化钛(TiN)。
如上所述，本实用新型的半导体存储器及其制造方法，具有以下有益效果：
本实用新型通过在电容孔刻蚀前，在隔离位线金属及电容触点的字线隔离线顶部制作凹槽，并在该凹槽中形成保护衬垫，以保护字线隔离线中的绝缘材料。第一，本实用新型可以避免所述位线金属露出而导致位线金属损坏；第二，本实用新型可以避免在制作电容器的过程中，电容器的金属电极的填充而造成所述位线金属及电容触点之间短路的缺陷，保证存储器的良率，并提高存储器的性能。
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。